第2章 高分子材料的结构与性能
聚合物的结构包括高分子的链结构(chain structure)和聚集态结构(aggregation structure)。高分子的链结构是指聚合物分子链中原子或基团之间的几何排布,包括构造、构型、构象等。聚集态结构指的是大分子间的相互作用达到平衡时,单位体积内分子链之间的几何排布,包括取向和结晶。
构造是指聚合物分子链中原子的类型、排列方式、取代基和端基的种类,单体单元的排列次序,支链的类型和长度,分子量和分子量分布等。
构型(configuration)是指分子链中某一原子的取代基在空间的排列,构型的改变必须通过化学键的破坏和重新形成才能实现。
构象(conformation)是由基团围绕单键旋转到一定位置而形成的空间内旋转异构体,各种构象的转变不需要破坏化学键。
取向(orientation)是指聚合物分子链由于结构上的不对称性,在成型过程中受到剪切或拉伸时沿受力方向平行排列。
结晶(crystallinity)是分子链在三维方向上的有序排列。
聚合物的取向与结晶是完全不同的两回事,尽管它们有着密切的联系。例如,玻璃态聚合物的强迫高弹形变是一种取向过程,取向过程中可能发生结晶,也可能没有发生结晶。熔融纺丝和溶液纺丝也是一种取向过程,在这个过程中可能发生结晶,也可能没有结晶。一般来说,取向过程有利于结晶,易结晶的聚合物在取向过程中一般会伴随着结晶;而对于不易结晶的聚合物,取向过程可能并不发生结晶,例如,无规聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯能够很好地取向,却不易结晶。取向和结晶都是分子链的有序排列过程,取向是聚合物链在一维或二维方向上的有序排列,而结晶是一个三维有序过程。
高分子的链结构可分为近程结构和远程结构,或者一级结构和二级结构。近程结构属于化学结构,又称一级结构;远程结构包括高分子的大小和形态,链的柔顺性以及分子在各种环境中所采取的构象,又称二级结构。高分子的聚集态结构包括高分子的三级结构和四级结构。